Genetische Variabilität, Wirt-Assoziation und Pathogenität von Kuhpockenviren (CPXV)

Franke, Annika GND

Die Spezies Kuhpockenvirus (CPXV), ein Mitglied des Genus Orthopoxvirus, ist endemisch in weiten Teilen Europas und Asien verbreitet. CPXV besitzt ein sehr breites Wirtsspektrum und zählt zu den zoonotischen Erregern. Phylogenetische Analysen deuten darauf hin, dass CPXV polyphyletisch ist. Die bisher definierten Kladen wurden in vorliegender Arbeit bestätigt. Die 20 neu gewonnenen CPXV-Stämme verschiedenster Wirtsspezies gruppieren vorrangig in die CPXV-like 1 und CPXV-like 2 Kladen. Ein CPXV-Stamm, isoliert von einem Neuweltaffen, erscheint jedoch als single branch und lässt sich keiner bisher bekannten Klade zuordnen. Gegenwärtig ist über die Rolle der Wühlmäuse, die als Reservoirwirt der Kuhpockenviren betrachtet werden, wenig bekannt. In vorliegender Arbeit sollte deshalb das aus einer Feldmaus (Microtus arvalis) stammende CPXV-Isolat FM2292 eingehend charakterisiert werden. CPXV FM2292 weist das bisher längste CPXV-Genom auf, das in die CPXV-like 1 Klade clustert. Neben der Sequenzanalyse sollten vergleichende experimentelle Infektionsstudien in Feldmäusen und Wistar-Ratten durchgeführt werden. Der Krankheitsverlauf nach intranasaler CPXV FM2292-Infektion bei Feldmäusen verlief subklinisch; Wistar-Ratten hingegen zeigten ausgeprägte klinische Symptome. Im Gegensatz dazu verursachte die Infektion mit einem aus einer Schmuseratte isolierten CPXV-Stamm bei den Feldmäusen eine starke Klinik. Daraus lässt sich schließen, dass Feldmäuse gegenüber Wühlmaus-assoziierten Stämmen, wie CPXV FM2292, eine Adaptation entwickelt haben. Die nachgewiesene Virusausscheidung weist auf eine Tröpfchen-basierte Übertragung hin. Neben Feldmäusen sollten auch Rötelmäuse im Tierversuch näher betrachtet werden. Unabhängig vom eingesetzten CPXV-Stamm resultierten die experimentellen CPXV-Infektionsstudien in Rötelmäusen (Myodes glaerolus) in subklinischen Verläufen. Eine nasale Virusausscheidung konnte nicht detektiert werden, was im starken Kontrast zu den Ergebnissen aus experimentell infizierten Feldmäusen steht. Dennoch deuteten die Serokonversionsraten der Rötelmäuse darauf hin, dass eine Replikation im Wirt stattgefunden hat. Zudem entwickelten zwei Kontakttiere ebenfalls OPV-spezifische Antikörper, was auf eine Übertragung des Virus schließen lässt. Wühlmäuse als Reservoirwirt dienen der Übertragung des Kuhpockenvirus auf akzidentielle Wirtsspezies wie Hauskatzen oder Nutztiere. Der in dieser Arbeit betrachtete Fallbericht eines mit CPXV-infizierten Fohlens zeigt, dass CPXV-Infektionen bei akzidentiellen Wirten mit stark ausgeprägter Klinik verbunden sein können. Zudem wird die wachsende Gefahr der Übertragung von CPXV auf Nutztiere und Menschen deutlich. Zusammenfassend unterstreicht die in der vorliegenden Arbeit verwendete phylogenetische Betrachtung die genetische Variabilität der Spezies CPXV. Zudem konnten neue Erkenntnisse zu Feldmäusen und Rötelmäusen als Reservoirwirtsspezies gewonnen werden. CPXV-Infektionen von Wühlmäusen verlaufen subklinisch, im Gegensatz zu dem hier ebenfalls beschriebenen, lethal endenden CPXV-Infektionsverlauf eines akzidentiellen Wirts, eines abortierten Fohlens.

The species cowpox virus (CPXV), a member of the genus Orthopoxvirus (OPV), is endemic in parts of Europe and Asia. CPXV has got a broad host range and belongs to the zoonotic diseases. Phylogenetic analyses revealed that the species cowpox virus (CPXV) is polyphyletic. Previously defined clades were confirmed in the present study; the majority of the 20 new CPXV strains clustered in CPXV-like 1 and CPXV-like 2 clades. However, one CPXV strain, isolated from a New-world monkey, appears as single branch and has an unique phylogenetically position which is clearly separated from all other known clades. Currently only little is known about the role of voles as reservoir host of CPXV. To overcome this, the CPXV strain FM2292, which was isolated from a common vole (Microtus arvalis), was analyzed in detail. CPXV FM2292 is characterized by the longest CPXV genome within the CPXV-like 1 clade. Comparative experimental infections of common voles and Wistar rats were performed. Generally, CPXV FM2292 infection in common voles caused subclinical disease, whereas Wistar rats developed respiratory clinical signs and dermal lesions. In contrast, common voles exhibited prominent nasal discharge after intranasal infection with a pet rat derived CPXV strain. Taken together vole-derived strains like CPXV FM2292 induced subclinical infection reflecting most probably a virus-host adaption in accordance to reservoir host conditions. However, virus shedding was generally obtained independently from the CPXV strain used for infection. Moreover, experimental infection studies using bank voles (Myodes glaerolus) were performed. All CPXV-infections of bank voles resulted in subclinical diseases. No virus shedding was detected, which is in strong contrast to the results obtained from experimental infections using common voles. Nevertheless, the rates of seroconversions suggest that virus replicated within the host. Interestingly, two contact animals developed specific antibodies, also demonstrating transmission processes within the voles. CPXV can be transmitted from vole reservoirs to accidental species like cats or farmed animals. The case report of the present study analyzed a foal infected with CPXV. This case clearly shows that CPXV infections of accidental host species might result in severe or lethal disease. In addition this case draws attention towards the increasing danger of CPXV transmission on farmed animals and humans. Taken together, the genetic variability of CPXV is confirmed by the phylogenetic analysis done in the present study. In addition new insights of common and bank voles as reservoir species of CPXV could be obtained. Generally, CPXV infections of voles resulted in subclinical diseases, whereas the infection of a foal, an accidental reservoir species, resulted in an abortion of the foal and seroconversion of the mare.

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Franke, Annika: Genetische Variabilität, Wirt-Assoziation und Pathogenität von Kuhpockenviren (CPXV). Greifswald 2019. Universität Greifswald, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät, Abteilung für Mikrobiologie und Molekularbiologie.

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